专利名称：带有推挽式互连杆的线路可更换的电传操纵控制柱的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及电传操纵控制柱。
背景技术：
飞机及其他飞行器通常具有内在冗余度，例如由驾驶员或副驾驶员飞行的能力。 这样，飞行器通常包括一对用于驾驶员向飞行器输入控制指令的控制输入装置。这些控制输入装置通常被称为控制柱。驾驶员可使用控制柱输入控制指令，包括飞行器在空中飞行时的俯仰和侧翻。通常，各控制柱包括操纵杆，驾驶员操纵所述操纵杆产生与所希望的飞行器俯仰或侧翻量有关的所需控制信号。为了对另一驾驶员提供触觉提示，控制柱通常耦合在一起，这样，其中一个操纵杆位置的变化将引起控制柱的另一个操纵杆位置的相同或类似变化。以前，这种耦合是通过具有穿过驾驶员座舱底板的皮带轮的复杂系统进行的。不幸的是，当其中一个控制柱出现问题时，因为控制柱由于线缆系统而不能移除， 所以必须整个飞行器都接受维修。进一步，复杂的皮带轮系统增加了维修成本。本发明涉及控制柱技术的改进。
发明内容
在一个方面，本发明提供一种新的、改进的用于飞行器的控制输入系统。在一个方面，该系统包括一对控制柱，所述控制柱有选择地互连在一起，使得其中一个控制柱的操纵转换(translate)到另一个控制杆。在有些实施例的另一个方面，该系统包括用于系统的每个自由度(俯仰和侧翻)的断开配置，所述断开配置可操作地断开所述两个控制柱，使得所述两个控制柱可以独立操作，例如在其中一个控制柱故障的情况下。在有些实施例的又一个方面，该系统还可包括用于回复力机构的不连续力轮廓(profile)，所述不连续力轮廓向驾驶员提供触觉反馈，模拟飞行器的控制表面提供的阻力。在其他实施例的又一个方面， 该系统还可包括自动驾驶锁定机构，当进入自动驾驶模式时，所述自动驾驶锁定机构加大由驾驶员承受的力轮廓。在另一个方面，本发明提供了包括第一和第二控制柱以及侧翻和俯仰互连杆。第一和第二控制柱从飞行器驾驶员接收俯仰和侧翻控制输入。各控制柱具有沿俯仰轴线可动以调节俯仰控制输入以及沿侧翻轴线可动以调节飞行器的侧翻控制输入的控制手柄。侧翻互连杆可操作地耦合第一和第二控制柱，以便在向任意控制手柄提供输入时，协调控制手柄沿各控制手柄侧翻轴线的运动。俯仰互连杆电可操作地耦合第一和第二控制柱，以便在向任意控制手柄提供输入时，协调控制手柄沿各控制手柄俯仰轴线的运动。在更特别的方面，一断开装置介于第一控制柱的手柄与第二控制柱的手柄之间， 以便选择俯仰和侧翻中的一个。断开装置具有耦合状态和分离状态，在耦合状态，固定地耦合手柄，用于协调沿对应于所选择的俯仰或侧翻中的一个的所选择的俯仰轴线或侧翻轴线中的一个的运动，在分离状态，断开装置不再与手柄固定地耦合，这样一个手柄沿所选择的俯仰轴线或侧翻轴线中的一个的运动不会传递到另一个手柄。在一个方面，断开装置包括一枢轴联杆，其可操作地耦合于其中一个控制柱的手柄，以便绕枢转轴线运动；一连杆，其可绕一释放轴线枢转地耦合于所述枢轴联杆，所述释放轴线偏离枢转轴线；和一 U形联杆，其可绕枢转轴线相对于枢轴联杆枢转，U形联杆有选择地接合所述连杆，以相对枢轴联杆固定U形联杆，U形联杆可操作地耦合于俯仰互连杆。在又一个更特别的方面，一闭锁配置设置在枢轴联杆和连杆之间，在耦合状态下， 所述闭锁配置偏压连杆使之与U形联杆接合。可设置一断开偏压元件，在分离状态下，所述断开偏压元件偏压连杆，使之远离U形联杆，以便使连杆与U形联杆断开。在一个具体实施方式
中，所述闭锁配置包括枢转抓爪和预加载弹簧。预加载弹簧在枢转抓爪和连杆之间延伸。在耦合状态，枢转抓爪处于第一位置，并拉紧预加载弹簧以偏压连杆而使之与U形联杆接合。在分离状态，枢转抓爪处于第二位置，并减少预加载弹簧的张力以允许连杆与U形联杆分离。在另一个特点中，设置一断开偏压元件。在分离状态，当枢转抓爪在第二位置时， 所述断开偏压元件偏压连杆，使之远离U形联杆，以便使连杆与U形联杆断开。在另一个特点中，连杆包括一对间隔开的辊子，在耦合状态，U形联杆的远端被接收在该对辊子之间。U形联杆的远端包括一渐缩舌状物。连杆被朝着U形联杆弹性偏压。在更具体的实施例中，一电磁线圈在耦合状态下有选择地接合枢转抓爪，并防止枢转抓爪从第一位置转变到第二位置。电磁线圈被通电，使得它脱离枢转抓爪，从而允许枢转抓爪从第一位置转变到第二位置而允许断开装置转变到分离状态。为了使断开装置回复到耦合状态，对枢转抓爪施加回复力，以便使枢转抓爪转变回第一位置。然后电磁线圈断电，使得电磁线圈重新接合枢转抓爪，以固定其位置。回复力通常由手动外力提供。利用手动回复力(例如复位)的需要，机械师得知必须进行维修，并且必须解决需要初始断开的问题。该回复力可以由连接于枢转抓爪的线缆提供。但是，在替换实施例中，可利用自动返回使枢转抓爪转变回到第一位置，例如通过一电磁线圈，该电磁线圈可以与之前所述的电磁线圈是同一个。在进一步的实施例中，设置一自动驾驶锁定机构。自动驾驶锁定机构与所选择的俯仰和侧翻中的一个相联。自动驾驶锁定机构提供增大的阻力，必须克服该阻力，才能在激活自动驾驶时沿着所选择的俯仰轴线或侧翻轴线中的一个操纵第一和第二控制柱。在特别的具体实施方式
中，自动驾驶锁定机构包括可绕一自动驾驶轴线枢转的第一和第二自动驾驶板；自动驾驶阻力弹簧，其偏压第一和第二自动板的端部而使第一和第二自动板的端部绕自动驾驶轴线成角度地朝向彼此；可绕自动驾驶轴线枢转的主联杆， 互连杆通过主联杆连接控制操纵杆，当在第一方向上成角度地旋转时，主联杆可操作地接合第一自动驾驶板，并且当在与第一方向相反的第二方向上成角度地旋转时，主联杆可操作地接合第二自动驾驶板；和一搁置(grounding)配置，当自动驾驶激活时，在主联杆沿着第一方向旋转时，该搁置配置有选择地使第二自动驾驶板搁置，在主联杆在第二方向上旋转时，有选择地使第一自动驾驶板搁置。在一个实施例中，主联杆包括一成角度地介于第一和第二自动驾驶板之间的接合凸片。当主联杆沿着第一和第二方向旋转时，接合凸片分别成角度地接合第一和第二自动驾驶板。在一个实施例中，搁置配置包括一锁定臂，所述锁定臂包括一支承座，至少在自动驾驶激活时该支承座成角度地介于第一和第二自动驾驶板之间。当第一和第二自动驾驶板搁置时，支承座接合第一和第二自动驾驶板。锁定臂在自动驾驶激活时的锁定位置与自动驾驶没有激活时的释放位置之间转换。在锁定位置，当主联杆在第二方向上旋转时，支承座接合第一自动驾驶板，当主联杆在第一方向上旋转时，支承座接合第二自动驾驶板。在释放位置，当主联杆绕自动驾驶轴线旋转时，支承座不接合第一自动驾驶板或第二自动驾驶板。在本发明的另一个方面，该系统包括一俯仰断开装置，所述俯仰断开装置介于第一控制柱的手柄与第二控制柱的手柄之间。俯仰断开装置具有耦合状态和分离状态，在耦合状态，俯仰断开装置固定地耦合手柄，用于协调沿着各控制手柄俯仰轴线的运动，在分离状态，俯仰断开装置分离手柄，这样一个手柄沿其俯仰轴线的运动不会传送到另一个手柄。 该系统还包括一侧翻断开装置，所述侧翻断开装置介于第一控制柱的手柄与第二控制柱的手柄之间。侧翻断开装置具有耦合状态和分离状态，在耦合状态，侧翻断开装置固定地耦合手柄，用于协调沿着各控制手柄侧翻轴线的运动，在分离状态，侧翻断开装置分离手柄，这样一个手柄沿其侧翻轴线的运动不会转变到另一个手柄。在更特别的具体实施方式
中，第一控制柱包括俯仰断开装置，第二控制柱包括侧翻断开装置。以及在更加特别的具体实施方式
中，第一和第二控制柱为线路可更换的单元。本发明的另一个实施例仅仅利用了单个控制柱，该单个控制柱是线路可更换的单元。这样，控制柱的所有功能形成单个整装单元。这样，至少感觉中心(例如力回复)机构和位置传感器(例如用于确定驾驶员输入)形成为可从驾驶员座舱移除的单个单元。在更特别的实施例中，控制柱包括可绕俯仰轴线和侧翻轴线枢转的控制操纵杆； 多个传感器，所述多个传感器可操作地耦合于控制操纵杆，以检测控制操纵杆绕俯仰轴线和侧翻轴线的位置变化；与控制操纵杆从中间位置绕俯仰轴线的运动相反的俯仰回复力配置；与控制操纵杆从中间位置绕侧翻轴线的运动相反的侧翻回复力配置；以及其中控制柱为线路可更换的单元。在更特别的实施例中，线路可更换的单元型控制柱包括一俯仰自动驾驶锁定机构和一侧翻自动驾驶锁定机构。当自动驾驶激活时，俯仰自动驾驶锁定机构增大与控制操纵杆从中间位置绕俯仰轴线的运动相反的阻力。当自动驾驶激活时，侧翻自动驾驶锁定机构增大与控制操纵杆从中间位置绕俯仰轴线的运动相反的阻力。在进一步的实施例中，控制柱为线路可更换的单元，还包括与所选择的俯仰或侧翻中的一个相联的自动驾驶锁定机构。自动驾驶锁定机构提供增大的阻力，必须克服该阻力，才能在激活自动驾驶时沿着所选择的俯仰轴线或侧翻轴线中的一个操纵所述控制柱。在进一步的实施例中，控制柱为线路可更换的单元，还包括与控制操纵杆耦合的用于所选择的俯仰或侧翻中的一个的断开装置。断开装置具有耦合于控制操纵杆的输入部分和可操作地耦合于一互连杆的输出部分，用于将输入控制信号从控制操纵杆传递给单独的控制柱。断开装置具有将输入部分固定地耦合到输出部分的耦合状态。在分离状态，输入部分没有固定地耦合到输出部分上，使得控制手柄的运动不会被传递给输出部分，输出部分的运动不会传递给控制手柄。
结合附带的视图，从下面的说明书中，本发明的其他方面、目标和优点将变得更加明显。
这些附带的视图结合进并形成说明书的一部分，示出了本发明的几个方面，并与说明书一起，用以解释本发明的原理。在附图中图1是依照本发明一实施例的控制输入系统的透视图；图2是图1中输入系统的局部示图；图3是图1中控制输入系统的控制柱的局部示图；图4和5是图3中控制柱的局部详细示图；图6和7是断开装置在耦合和分离状态的局部示图；图8和9是图1中控制输入系统的另一个控制柱的局部示图；图10和11是提供不连续力轮廓的回复力配置的局部示图；图12是为图10和11中回复力配置而设置的力轮廓的简单曲线图；图13-17是自动驾驶锁定机构的简单局部示图；图18是图6和7中断开装置的分解图。虽然是结合某些优选实施例描述本发明的，但是，这不意味着本发明局限于这些实施例。相反，意图是覆盖包括在由附带的权利要求书所限定的本发明精神和范围之内的所有替换、改进和等同物。
具体实施例方式图1示出了依照本发明一实施例的飞行器控制输入系统100(在下文中称为"控制系统100")。驾驶员和副驾驶员利用该控制系统100向飞行器输入控制信号。例如，尤其是，驾驶员和副驾驶员利用该控制系统100控制飞行器的俯仰和侧翻。所示的实施例被认为是一种"电传操纵"单元，其中该控制系统100包括多个传感器，这些传感器检测驾驶员对控制系统100的操纵，并将这些操纵转化为电信号。然后这些电信号发送给飞行器的起作用的装置，通过调节飞行器控制表面的位置而调节飞行器的俯仰或侧翻。这不同于现有系统，在现有系统中，控制系统包括将控制系统直接耦合于飞行器的控制表面的多个线缆和皮带轮。在所示的实施例中，控制系统100包括一驾驶员控制柱102和一副驾驶员控制柱 104。因而，驾驶员和副驾驶员均具有他们自己的用于向飞行器输入控制信号的控制柱。驾驶员控制柱102和副驾驶员控制柱104互连，使得输入到控制柱102、104中的一个的控制信号引起控制柱102、104中的另一个也被操纵。更具体地说，如果驾驶员移动驾驶员控制柱102，两控制柱102、104之间的互连将引起副驾驶员控制柱104移动相同的量。两控制柱102、104之间的互连由俯仰互连杆106和侧翻互连杆108形式的一对推挽式杆提供。这里使用的互连杆是一种刚性杆，其提供两种推挽能力。俯仰互连杆106在两控制柱102、104之间传送俯仰输入操纵。侧翻互连杆108在两控制柱102、104之间传送侧翻输入操纵。因为互连杆106、108可以通过或者拉伸载荷或者压缩载荷而传送作用力， 所以互连杆106、108被认为是推拉杆。这些互连杆106、108可以由系杆提供，以便可以容易地校正/调节这种联接。通过使用刚性互连杆106、108，对于俯仰，仅需要提供单个耦合件，并且对于侧翻， 也仅需要单个耦合件。以前，利用的是柔性线缆，因为柔性线缆总是需要保持拉伸载荷，所以对于每个控制输入，需要两个耦合件。线缆通常不能传递推进式输入。各控制柱102、104包括操纵杆110、112，所述操纵杆110、112具有手柄114、116， 驾驶员抓握和操纵所述手柄114、116而为飞行器提供控制输入。通常，驾驶员沿着俯仰轴线118前后移动操纵杆，以调节飞行器的俯仰，并沿着侧翻轴线120横向地从一侧至另一侧移动操纵杆，以调节飞行器的侧翻。由于两控制柱110、112之间的互连，当沿着任一轴线 118,120手动操纵任一操纵杆时，另一个操纵杆将沿着其相应轴线118、120同样移动，并不需要控制柱102、104相应驾驶员的输入。本发明的一个好处在于，各个控制柱102、104为线路可更换的单元(LRU)。这样， 控制柱102、104被设计成在其中一个控制柱102、104必须维修或修理时能够整个移除。由此，在这种维修或修理期间，希望得到维修或修理的控制柱102、104从互连杆106、108(和任何其他的电线捆束)断开，并从驾驶员座舱移除。维修操作员可能还需要移除将单元安装到驾驶员座舱的某些螺栓或螺钉，例如贯穿控制柱外壳的顶板的螺栓或螺钉。然后可以紧接着将更换的控制柱102、104放回驾驶员座舱中(如果必要)，这样飞行器的停机时间很有限。进一步地，一旦移除了进行维修或修理的控制柱，就可以容易地在机械商店进行维修，而不是不得不在驾驶员座舱内的安装状态下修理。因而，本发明实施例的一方面在于控制柱是整装模块单元。为便于容易连接和断开，互连杆106、108包括耦合件122。图3示出了移除了外壳126的控制柱102，显示了控制柱102的内部部件。而且， 切掉了操纵杆110的一部分，以显示推挽式侧翻控制杆128。当驾驶员希望调节飞行器的侧翻时，驾驶员将绕侧翻控制轴线130枢转手柄部分 114。一个方向(如箭头132所示)上的运动将调节飞行器在一个方向上的侧翻量，在相反方向(如箭头Π4所示)上的运动将调节在相反方向上的侧翻量。由于系统是电传操纵的， 手柄部分114的运动被传感器(未显示)检测到，所述传感器指示所希望的侧翻量和方向。 传感器典型为位置检测传感器，它们操作检测操纵杆位置的变化。根据所希望的侧翻量和侧翻方向，推挽式侧翻控制杆1 在操纵杆110内部上下移动。这种运动也操作地传送到另一个操纵杆112和手柄部分116，引起它们相同的位移量。这种运动也操作地经由侧翻互连杆108传送至另一个控制柱104(参见图1和2)。当驾驶员希望调节飞行器的俯仰时，驾驶员会通过拉动操纵杆(如箭头138所示) 或推动操纵杆(如箭头140所示)而使得操纵杆110绕俯仰控制轴线136枢转。而且，控制柱102内的传感器141将检测操纵杆位置变化，以确定所希望的俯仰量和方向。这种运动也操作地传送到另一个操纵杆112，引起它相同的位移量。这种运动也操作地经由俯仰互连杆106传送至另一个控制柱104(参见图1和2)。控制系统100包括断开配置，在其中一个控制柱102、104故障的情况下，断开配置使两个控制柱102、104分离。如果控制柱102、104中的一个发生故障则将其锁定而不能操纵，控制柱102、104之间的耦合件也可以锁定另一个控制柱104、102，使之也不能工作。参照图4，控制柱102包括侧翻断开装置144形式的断开配置，用于有选择地耦合和分离两控制柱102、104之间的侧翻控制。当侧翻断开装置144使两控制柱102、104分离时，任意控制柱102、104都可以独立于另一个控制柱104、102操作控制飞行器的侧翻。图6和7示出了简化形式的侧翻断开装置144。图6示出了耦合状态的侧翻断开装置144，而图7示出了分离状态的侧翻断开装置144。在耦合状态，当飞行员输入所希望的侧翻量时，输入(如箭头132、134所示)通过推挽式侧翻控制杆1 传递给侧翻断开装置144。侧翻断开装置144将绕枢转轴线146枢转，从而引起侧翻互连杆108运动(如箭头148、150所示)。同样，如果另一个控制柱104 经受一侧翻输入信号，该作用力将通过侧翻断开装置144传输至推挽式侧翻控制杆128，以操纵手柄114。在分离状态，输入(如箭头132、134所示)没有从推挽式侧翻控制杆1 经由侧翻断开装置144传递给侧翻互连杆108。而且，来自驾驶员的控制控制柱104的输入也没有传递给手柄114。侧翻断开装置144包括一枢轴联杆152，所述枢轴联杆152绕枢转轴线146可枢转地安装。枢轴联杆152具有一输入部分，所述输入部分直接连接到推挽式侧翻控制杆128 上，使得推挽式侧翻控制杆128的运动导致枢轴联杆152在耦合和分离两种状态下都绕枢转轴线146进行枢转运动。该运动传递给侧翻互连杆108，所述侧翻互连杆108连接于枢轴联杆152的输出部分。一连杆IM和一 U形联杆156可枢转地耦合于枢轴联杆，并有选择地彼此接合以使侧翻断开装置144在耦合状态和分离状态之间转换。U形联杆156可枢转地耦合于枢轴联杆152，以便绕枢转轴线146进行枢转运动， 这样，由于没有其他限制，U形联杆156和枢轴联杆152可以绕枢转轴线146(即在分离状态)彼此相对枢转。连杆IM可枢转地耦合于枢轴联杆152，以便绕释放轴线158进行枢转运动，这样， 由于没有其他限制，连杆1 和枢轴联杆152可以绕释放轴线158彼此相对枢转。如图6所示，在耦合状态，连杆IM和U形联杆156在交接面160处可操作地彼此接合。这种接合将U形联杆156锁定到枢轴联杆152上，使得枢轴联杆152借助推挽式侧翻控制杆1 绕枢转轴线146的全部运动都通过枢轴联杆152传递给U形联杆156。U形联杆156耦合于侧翻互连杆108。这样，运动接着通过U形联杆156传递给侧翻互连杆108， 以操纵另一个控制柱104，尤其是手柄116。电磁线圈致动闭锁配置162保持连杆154和U形联杆156相接合。电磁线圈致动闭锁配置162包括一预加载弹簧164，所述预加载弹簧164绕释放轴线158偏压连杆154，使之与U形联杆156接合(如箭头166所示)。更具体地说，预加载弹簧164的第一端168可操作地耦合于连杆154。第二端170耦合于枢转抓爪172。当在耦合状态时，枢转抓爪172的定位将预加载弹簧设置在张紧作用下，以便偏压连杆IM使之与U形联杆156接合。枢转抓爪172绕抓爪轴线174枢转，以有选择地保持或释放U形联杆156与连杆 IM之间的接合。一旋转式电磁线圈176包括一臂178，所述臂178与枢转抓爪172相互作用，以防止枢转抓爪172的旋转。在耦合状态，如图6所示，臂178与枢转抓爪172接合，以防止绕
10抓爪轴线174在逆时针方向(箭头180)上旋转。该接合抵抗由预加载弹簧164在相反方向(箭头182)上施加于枢转抓爪172的扭矩。一断开弹簧184起到偏压连杆IM使之脱离与U形联杆156的接合的作用(如箭头186所示)。断开弹簧184具有直接连接于枢轴联杆152的第一端188和直接连接于连杆154的连接凸缘192的相对端190。因而，断开弹簧184和预加载弹簧164起到在相反方向上绕释放轴线158偏置连杆154的作用。另外参照图7，将讨论分离作用。为了使两控制柱102、104的侧翻控制分离，所述旋转式电磁线圈通电，使之逆时针方向(如箭头192所示)旋转，以便臂178脱离枢转抓爪 172。该脱离使枢转抓爪172在枢轴联杆152上"不搁置"，释放枢转抓爪172使之绕抓爪轴线174在顺时针方向(箭头18 上旋转。在枢转抓爪172被释放的情况下，断开弹簧 184使得连杆巧4在顺时针方向(箭头186)上旋转，以便连杆IM脱离U形联杆156(参见图7)。在连杆巧4和U形联杆156脱离的情况下，U形联杆156和侧翻互连杆108独立于枢轴联杆152和推挽式侧翻控制杆1 而自由地移动。在一个实施例中，侧翻断开装置144是手动重新加载的。为了重新加载侧翻断开装置144，驾驶员或其他操作员将对枢转抓爪172手动施加一作用力(如箭头F所示)，以使之在顺时针方向(如箭头180所示)上旋转。通常，该手动外力F通过连接于枢转抓爪172的线缆施加。当拉动线缆或者以其他方式产生力F时， 该外加载荷使得断开联杆巧4转回与U形联杆156接合。该手动外加载荷还对断开弹簧 184进行重新加载。在枢转抓爪172回到它的耦合状态之后，旋转式电磁线圈176断电，使之在顺时针方向上旋转，臂178重新接合枢转抓爪172。臂178和枢转抓爪172之间的接合再次使枢转抓爪172相对于枢轴联杆152"搁置"，以使连杆IM和U形联杆156保持彼此接合的状态。U形联杆156包括一渐缩舌状物194 (参见图7)，所述渐缩舌状物194被接收在形成于一对辊子196之间的空腔中，以便于U形联杆156和连杆154的接合。在所示的实施例中，渐缩舌状物194形成为U形联杆156的远端。进一步地，侧翻互连杆108和U形联杆 156之间的连接部轴向地位于枢转轴线146和渐缩舌状物194之间。渐缩舌状物194和辊子196之间的接合消除了 U形联杆156与连杆154之间的自由游隙。这是因为渐缩舌状物194的减缩部分被楔入该对辊子196之间形成的减缩凹槽中。进一步地，利用该构造，防止U形联杆156和连杆IM之间的重新接合，除非控制柱102、104处于相同的侧翻位置。通常，该配置使得两控制柱102、104在U形联杆156和连杆巧4重新接合之前必须处于侧翻中间位置。更具体地说，在渐缩舌状物194可以插入在辊子196之间之前。因为驾驶柱和副驾驶柱102、104之间只需单个断开，所以，驾驶或副驾驶柱102、 104中只有一个包括侧翻断开装置144。但是，为了节省空间，不管哪个控制柱102、104包括侧翻断开装置144，控制柱102、104中的另一个通常将包括俯仰断开装置。参照图8和9，所示的控制柱104移除了一部分外壳。这些图示显示了俯仰断开装置202。俯仰断开装置202的操作实质上和上述的侧翻断开装置144基本相同，除了其由于上述原因而储存在控制柱104中之外。因为控制系统100是电传操纵系统，所以控制柱102、104没有机械地耦合到飞行器的控制表面上。这样，控制柱102、104将包括用于向控制柱102、104提供回复力的机构， 所述机构通常与手柄114、116从中间位置的运动相反。这些回复力通常还是驱动控制操纵杆110、112回到中间位置或中心位置的中心力。通常，驾驶员更希望从中间位置或中心位置开始操纵手柄。必须要克服更大的回复力才能转变远离中间位置。通常，对于每个自由度，提供一个回复力机构，即，一个用于俯仰，一个用于侧翻。本发明实施例的一方面在于，控制柱102、104暴露于不连续的回复力轮廓下，以便控制和调节飞行器俯仰。值得注意的是，在一优选实施例中，侧翻自由度具有连续的回复力轮廓。参照图10和11，当驾驶员企图调节飞行器俯仰时，所示的回复力配置206提供了模拟飞行器的控制表面的阻力。图10示出了位于俯仰中间位置的回复力配置206。在该位置，驾驶员不能要求任何俯仰变化。回复力配置206包括一力轮廓凸轮208，其与一弹簧加载的摇杆臂210相互作用。 该力轮廓凸轮208可操作地耦合于所述控制操纵杆110，这样，当驾驶员需要俯仰变化、即绕俯仰控制轴线136向前和向后(箭头138、140)移动手柄控制操纵杆110时，力轮廓凸轮 208相对于基础部212绕俯仰控制轴线136旋转。摇杆臂210承载一对凸轮推杆滚柱214、216。一对凸轮推杆弹簧218、220朝着力轮廓凸轮208偏压凸轮推杆滚柱214、216。更具体地说，凸轮推杆弹簧220朝着力轮廓凸轮208偏压承载凸轮推杆滚柱214、 216的摇杆臂210。摇杆臂210 —端铰接地附着于基础部212，并由凸轮推杆弹簧220接合以将凸轮推杆滚柱214、216偏压到力轮廓凸轮208中。在中间位置(图10)，第一凸轮推杆滚柱214被接收在凸轮表面224中形成的V 形凹槽222中。在中间位置，第一凸轮推杆滚柱214接合凹槽222的两侧。进一步地，凹槽 222和由凸轮推杆弹簧220提供的弹簧力配置成使得预定大小的力必须在控制柱完全移动之前施加到控制柱102上，以便调节飞行器俯仰。该初始力示出在图12中力轮廓的示意简图中的点236、237。通过利用V形凹槽222，还提供了趋向于将控制操纵杆110偏压回到中间位置或中心位置的中心力。这种配置也可以被称为感觉中心机构。一旦向控制柱102施加足够大小的力来克服所需的初始力，第一凸轮推杆滚柱 214就会沿着凸轮表面224的第一部分2 移动。在预定量位移之后，第二凸轮推杆滚柱 216将同时接合凸轮表面224的第二部分230。该第二部分230提供了驾驶员必须克服的新等级的力才能增大驾驶员所要求的俯仰量。使控制柱位移所需的力的这种不连续跳变向驾驶员提供了触觉反馈，即如果驾驶员企图爬升更大的程度，驾驶员在企图防止飞行器停止时需要更大程度的俯仰。所示的力轮廓凸轮208仅仅对于上仰俯仰控制输入具有该不连续的力轮廓。因而，当驾驶员需要下倾(pitch-down)俯仰控制时，驾驶员不会受到阻力的不连续变化。参照图12，示出了用于回复力配置206的力轮廓。竖直轴是由回复力配置施加于操纵杆的回复力。水平轴是操纵杆从中间位置的位移量。力轮廓示出了，初始需要最小量的力236、237来从中间位置位移操纵杆110。当驾驶员需要通过使飞行器的前端下降而改变俯仰时，力轮廓将保持连续，不管操纵杆112从中间的位移量如何。但是，力轮廓示出了， 虽然驾驶员输入越来越多的使飞行器的前端上升的俯仰变化，手柄在某个点238的阻力将不连续地进行跳变。这个点238即为第一和第二凸轮推杆滚柱214、216接触凸轮表面224 的相应部分228、230的时候。一旦该配置从第一凸轮推杆滚柱214与第一部分2 之间的接合转变为第二凸轮推杆滚柱216与第二部分230之间的接合，力轮廓就会再一次连续地增大。如上所述，所示的回复力配置206向控制手柄114提供阻力，用于俯仰自由度。但是对于侧翻自由度也设置有类似的单元。然而，该单元仅具有单个表面部分(与俯仰回复力配置206的分开的部分2观、230不同)，因为它对任意方向的侧翻都提供了连续的力轮廓。用于侧翻的回复力配置还提供感觉中心。图13-16示出了另一个方面的实施例。该方面涉及自动驾驶锁定机构，当飞行器设定为自动驾驶时，所述自动驾驶锁定机构增大了驾驶员在企图手动调节俯仰或者侧翻时在手柄上所感觉的阻力大小。与前述俯仰和侧翻断开装置类似，自动驾驶锁定机构基本上对于俯仰和侧翻来说都是相同的。因而，只需描述单个自动驾驶锁定机构，即用于俯仰的自动驾驶锁定机构对6。进一步，对于各输入程度(即俯仰或侧翻)，只需提供单个自动驾驶锁定机构M6。图13示出了处于没有激活自动驾驶时的状态下的自动驾驶锁定机构M6。图14 示出了处于激活自动驾驶时的状态下的自动驾驶锁定机构对6。图15和16示出了驾驶员需要改变俯仰同时自动驾驶被激活时自动驾驶锁定机构M6的操作。自动驾驶锁定机构246包括一主联杆248，所述主联杆248可操作地使输入推挽式联动机构249从控制操纵杆110耦合至俯仰互连杆106。主联杆248绕俯仰自动驾驶轴线 250枢转，使得由此施加的俯仰控制输入传递给俯仰互连杆106，从而传递给另一个控制柱 104。在正常操作时，自动驾驶锁定机构246对主联杆对8的旋转运动无效(参见图 13)。但是，当自动驾驶被激活时，如果驾驶员企图手动调节飞行器俯仰，自动驾驶锁定机构会禁止控制柱102、104的运动(参见图14-16)。在所示的实施例中，俯仰自动驾驶锁定机构246将可操作地使主联杆248耦合至一个或更多个自动驾驶阻力弹簧252，这与在需要改变俯仰并且自动驾驶被激活时两控制柱102、104的运动相反。自动驾驶锁定机构246包括一对自动驾驶板254、256。自动驾驶板2M在一端绕自动驾驶轴线250枢转，在相对端与自动驾驶阻力弹簧252弹性地彼此耦合在一起。自动驾驶阻力弹簧252偏压自动驾驶板254、256而使它们绕自动驾驶轴线250成角度地朝向彼此。主联杆248包括一接合凸片258(或多个接合凸片)，所述接合凸片258成角度地介于自动驾驶板254、256之间。在手动操作(自动驾驶没有被激活，如图13所示)时，自动驾驶板254、256的倾斜内表面沈0、262通过自动驾驶阻力弹簧252提供的倾斜预载荷偏压而与接合凸片258成角度接合。这样，当主联杆248被绕俯仰自动驾驶轴线250成角度驱动时，该运动从主联杆248传递给该对自动驾驶板254、256。更具体地说，当主联杆M8 顺时针方向(如箭头264所示)旋转时，接合凸片258将接合倾斜内表面沈2，导致自动驾驶板2M、256也随着主联杆248 —起在顺时针方向上旋转。当主联杆248在相反的逆时针
13方向(如箭头266所示)上旋转时，接合凸片258将接合倾斜内表面沈0，导致自动驾驶板 254,256也随着主联杆248 —起在逆时针方向上绕自动驾驶轴线250旋转。自动驾驶锁定机构246包括一搁置臂270，其有选择地使自动驾驶板254、256搁置，以便每次在搁置的自动驾驶板254、256保持静止时，仅有一个自动驾驶板254、256与主联杆248 —起绕自动驾驶轴线250旋转。在一个自动驾驶板254、256搁置而另一个自动驾驶板256、254由于与接合凸片258的接合而与主联杆248 —起旋转时，自动驾驶板254、256 将被彼此成角度分离地偏压，这将使自动驾驶阻力弹簧252拉伸。该拉伸提供了驾驶员改变操纵杆位置必须克服的附加载荷。该增大的载荷表示自动驾驶被激活。搁置臂270包括一锁定辊272，其成角度地位于自动驾驶板254、256之间。锁定辊 272是搁置臂270的形成实际上接合倾斜内表面沈0、沈2的支承座的那部分。锁定辊272相对于自动驾驶轴线250的径向位置确定了锁定模式是处于锁定状态还是自由状态。电磁线圈274在锁定状态(即图14-16中自动驾驶被激活的时候)与自由状态(即图13中自动驾驶没有被激活)之间驱动搁置臂。锁定状态使辊272从自由状态径向向内定位。在倾斜内表面沈0、262之间成角度地形成的间隙包括释放区域278和锁定区域观0(参见图14)。释放区域278从锁定区域180径向向外。当自动驾驶被激活时，锁定辊 272位于锁定区域观0内，当自动驾驶撤消时，锁定辊272位于释放区域278内。锁定辊272和自动驾驶板254、256配置成，释放区域278的尺寸和构造使得当锁定辊272位于释放区域278中时，自动驾驶板254、256不会接合锁定辊272，或者至少它们不会接合直到达到俯仰最大量或者大约达到俯仰最大量。锁定辊272和自动驾驶板254、256配置成，锁定区域280的尺寸和构造使得当锁定辊272位于锁定区域观0中时，自动驾驶板254、256会接合(取决于行进方向)锁定辊 272以使相应的自动驾驶板254、256搁置，如上所示。搁置臂270的支承座部分不一定必须包括辊272，辊272可以替换为仅仅具有一突起。参照图13，电磁线圈276用来使自动驾驶锁定机构246在两个状态之间转换。电磁线圈276耦合于凸轮278，或者包括凸轮278，所述凸轮278与位于搁置臂270的相对端上的凸轮滚柱280相互作用。电磁线圈276可操作地径向向内和向外驱动搁置臂270，使得锁定辊272有选择地在释放区域278 (即当自动驾驶不起作用时)与锁定区域280 (即当自动驾驶起作用时)之间转换。在两控制柱102、104之间还设置有类似的自动驾驶锁定机构，用于提供控制柱 102、104的侧翻自由度的自动驾驶锁定。首先参照图1和2，控制柱102、104基本上是整装模块，这样它们是线路可更换的单元。换句话说，包括操纵杆、其相联的传感器、任何自动驾驶锁定机构和任何断开装置的整个控制柱102、104形成在可以从飞行器的驾驶员座舱容易地移除的单个单元中。通常， 全部所需的仅仅是断开俯仰和侧翻互连杆106、108和任何布线线束，该单元准备好从驾驶员座舱移除。在此所使用的控制柱是线路可更换的单元，控制柱的全部功能可作为单个单元移除。例如，对照系统100的控制柱，当控制柱102、104被移除时，各控制柱102、104的全部功能都从飞行器被移除。如果控制柱102被移除，用于检测俯仰或侧翻变化的全部传感器141、向控制手柄提供感觉的全部回复力配置(例如回复力配置206和用于侧翻的回复力配置)、用于侧翻自由度的自动驾驶锁定配置246和用于俯仰自由度的断开机构144将全部从驾驶员座舱移除。机械人员移除控制柱102所需要做的全部就是从控制柱断开侧翻和俯仰互连杆，例如在耦合件122处，断开耦合电气部件的所有布线线束以及所有螺钉，例如贯穿壳体1 的顶盖从而将控制柱102固定于驾驶员座舱的螺钉。这样，当从飞行器移除控制柱时，全部传感器、断开装置、回复力装置和自动驾驶锁定装置都将保持为一个整体单元。本发明的又一方面是可以提供单个控制柱系统。在这样的系统中，仅提供控制柱 102、104中的一个。由于只有一个控制柱，不需要互连杆106、108或任何断开装置使两控制柱之间的俯仰和侧翻自由度分离。但是，这样的单元仍然具有两个回复力配置(一个用于俯仰，一个用于侧翻)，并且可以结合自动驾驶锁定。但是，在仅有一个控制柱的情况下，该单个控制柱具有两个自动驾驶锁定装置，一个装置用于俯仰，一个装置用于侧翻。对于双控制柱系统100中的该单个控制柱，该附加的自动驾驶锁定装置通常位于断开配置所坐落的部位。在控制柱为线路可更换的单元(LRU)的单个控制柱系统中，控制柱及其其全部功能将作为单个整装单元从飞行器移除。同样，全部传感器、力回复配置也都将作为单个单元而移除。进一步地，如果在该单元中设置有任何自动驾驶锁定，自动驾驶锁定机构也将作为该单个单元的一部分与控制柱一起移除。在此所引用的公开、专利申请和专利全部在此引入作为参考，以致就像每一个文献逐一地和具体地显示以引入作为参考以及在此整体阐述一样。在描述本发明的上下文中(特别是在下面权利要求书的上下文中)使用的术语" 一 (a)“、“ 一个(an)“和"所述(the)“以及类似词语应当解释为涵盖单数和复数两者， 除非在此另有陈述或者根据上下文明确相反。术语"包括"、“具有"、“包含"和"含有"应当理解为开放式的术语(即，意思是"包括、但不限于")，除非另作说明。在此引述的数值范围仅仅旨在用作逐一表示落入该范围之内的各个单独的值，除非在此另有陈述， 各个单独的值引入说明书中，就好像在此逐一引述一样。在此所述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非在此另有陈述或者根据上下文明确相反。在此使用和提供的任何和所有例子或者示例性语言(例如，"诸如")仅旨在更好地显示本发明，不作为对本发明范围的限制，除非另有声明。说明书中任何语言都不应当作为实践本发明所必须的任一未提出保护的元件。在此描述了本发明的优选实施例，包括发明人所知的用于执行本发明的最佳方式。通过阅读上面的说明书，那些优选实施例的变形对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。发明人希望有经验的技术人员酌情采用这样的变形，而且发明人希望本发明被实践，除非在此特别描述。因此，根据适用的法律所容许的，本发明包括在此附带的权利要求书中引述的主题的全部变型和等同物。此外，上述元件在所有可能变型中的任意组合都由本发明涵盖，除非在此另有陈述或者根据上下文明确相反。
权利要求
1.一种控制系统，其包括用于从飞行器驾驶员接受俯仰和侧翻控制输入的第一和第二控制柱，各控制柱具有沿俯仰轴线能够移动以调节给飞行器的俯仰控制输入以及沿侧翻轴线能够移动以调节飞行器的侧翻控制输入的控制手柄；可操作地耦合第一和第二控制柱的侧翻互连杆，用于在向任意控制手柄提供输入时， 协调所述控制手柄沿各控制手柄侧翻轴线的运动；和可操作地耦合第一和第二控制柱的俯仰互连杆，用于在向任意控制手柄提供输入时， 协调所述控制手柄沿各控制手柄俯仰轴线的运动。
2.如权利要求1所述的控制系统，还包括断开装置，其介于第一控制柱的手柄与第二控制柱的手柄之间，以便选择俯仰和侧翻中的一个，断开装置具有耦合状态和分离状态，在耦合状态，固定地耦合手柄，用于协调沿所选择的俯仰轴线或侧翻轴线中的一个的运动，在分离状态，断开装置不再与手柄固定地耦合，这样一个手柄沿所选择的俯仰轴线或侧翻轴线中的一个的运动不会传送到另一个手柄。
3.如权利要求2所述的控制系统，其中，断开装置包括一枢轴联杆，其可操作地耦合于其中一个控制柱的手柄，以便绕枢转轴线运动；一连杆，其可绕一释放轴线枢转地耦合于所述枢轴联杆，所述释放轴线偏离枢转轴线.一入 ，一 U形联杆，其可绕枢转轴线相对于枢轴联杆枢转，U形联杆有选择地接合连杆，以相对枢轴联杆固定U形联杆，U形联杆可操作地耦合于俯仰互连杆。
4.如权利要求3所述的控制系统，还包括设置在枢轴联杆和连杆之间的闭锁配置，在耦合状态下，闭锁配置偏压连杆使之与U形联杆接合。
5.如权利要求4所述的控制系统，还包括一断开偏压元件，在分离状态下，所述断开偏压元件偏压连杆，使之远离U形联杆，以便使连杆与U形联杆断开。
6.如权利要求4所述的控制系统，其中，闭锁配置包括枢转抓爪和预加载弹簧，预加载弹簧在枢转抓爪和连杆之间延伸；在耦合状态，枢转抓爪处于第一位置，并拉紧预加载弹簧以偏压连杆使之与U形联杆接合；在分离状态，枢转抓爪处于第二位置，并减少预加载弹簧的张力以允许连杆从U形联杆分离。
7.如权利要求6所述的控制系统，还包括一断开偏压元件，在分离状态，当枢转抓爪在第二位置时，所述断开偏压元件偏压连杆，使之远离U形联杆，以便使所述连杆与U形联杆断开。
8.如权利要求3所述的控制系统，其中，所述连杆包括一对间隔开的辊子，在耦合状态，U形联杆的远端被接收在该对辊子之间。
9.如权利要求8所述的控制系统，其中，U形联杆的远端包括一渐缩舌状物，所述连杆被朝着U形联杆弹性偏压。
10.如权利要求9所述的控制系统，其中，在减缩舌状物与U形联杆和枢轴联杆的枢转连接处之间的位置上，与所选择的俯仰或侧翻中的一个有关的互连杆可枢转地耦合于U形联杆。
11.如权利要求6所述的控制系统，还包括一电磁线圈，所述电磁线圈在耦合状态下有选择地接合枢转抓爪，并防止枢转抓爪从第一位置转换到第二位置，电磁线圈通电，使得电磁线圈脱离枢转抓爪，从而允许枢转抓爪从第一位置转换到第二位置而允许断开装置转变到分离状态。
12.如权利要求1所述的控制系统，还包括与所选择的俯仰或侧翻中的一个相关联的自动驾驶锁定机构，自动驾驶锁定机构提供增大的阻力，必须克服该阻力，才能在激活自动驾驶时沿着所选择的俯仰轴线或侧翻轴线中的一个操纵第一和第二控制柱。
13.如权利要求12所述的控制系统，其中，自动驾驶锁定机构包括可绕一自动驾驶轴线枢转的第一和第二自动驾驶板；自动驾驶阻力弹簧，其偏压第一和第二自动驾驶板的端部而使第一和第二自动驾驶板的端部绕自动驾驶轴线成角度地朝向彼此；可绕自动驾驶轴线枢转的主联杆，互连杆通过主联杆连接控制操纵杆，当在第一方向上成角度地旋转时，主联杆可操作地接合第一自动驾驶板，并且当在与第一方向相反的第二方向上成角度地旋转时，主联杆可操作地接合第二自动驾驶板；一搁置配置，当自动驾驶激活时，在主联杆沿着第一方向旋转时，有选择地使第二自动驾驶板搁置，在主联杆在第二方向上旋转时，有选择地使第一自动驾驶板搁置。
14.如权利要求13所述的控制系统，其中，主联杆包括一成角度地介于第一和第二自动驾驶板之间的接合凸片，当主联杆沿着第一和第二方向旋转时，接合凸片分别成角度地接合第一和第二自动驾驶板。
15.如权利要求14所述的控制系统，其中，搁置配置包括一锁定臂，所述锁定臂包括成角度地介于第一和第二自动驾驶板之间的支承座，至少在自动驾驶被激活时，当第一和第二自动驾驶板搁置时，支承座接合第一和第二自动驾驶板。
16.如权利要求15所述的控制系统，其中，锁定臂在自动驾驶激活时的锁定位置与自动驾驶没有激活时的释放位置之间转换；在锁定位置，在主联杆在第二方向上旋转时，支承座接合第一自动驾驶板，在主联杆在第二方向上旋转时，支承座接合第二自动驾驶板；在释放位置，当主联杆绕自动驾驶轴线旋转时，支承座不接合第一自动驾驶板或第二自动驾驶板。
17.如权利要求11所述的控制系统，其中，断开装置必须手动复位。
18.如权利要求1所述的控制系统，还包括一俯仰断开装置，所述俯仰断开装置介于第一控制柱的手柄与第二控制柱的手柄之间，俯仰断开装置具有耦合状态和分离状态，在耦合状态，固定地耦合手柄，用于协调沿着各控制手柄俯仰轴线的运动，在分离状态，俯仰断开装置分离手柄，这样一个手柄沿其俯仰轴线的运动不会传送到另一个手柄；还包括一侧翻断开装置，所述侧翻断开装置介于第一控制柱的手柄与第二控制柱的手柄之间，侧翻断开装置具有耦合状态和分离状态，在耦合状态，固定地耦合手柄，用于协调沿着各控制手柄侧翻轴线的运动，在分离状态，侧翻断开装置分离手柄，这样一个手柄沿其侧翻轴线的运动不会传送到另一个手柄。
19.如权利要求18所述的控制系统，其中，第一控制柱包括俯仰断开装置，第二控制柱包括侧翻断开装置。
20.如权利要求19所述的控制系统，其中，第一和第二控制柱为线路可更换的单元。
21.一种控制柱，其包括可绕俯仰轴线和侧翻轴线枢转的控制操纵杆；多个传感器，其可操作地耦合于控制操纵杆，以检测控制操纵杆绕俯仰轴线和侧翻轴线的位置变化；与控制操纵杆从中间位置绕俯仰轴线的运动相反的俯仰回复力配置；与控制操纵杆从中间位置绕侧翻轴线的运动相反的侧翻回复力配置；以及其中，控制柱为线路可更换的单元。
22.如权利要求21所述的控制柱，还包括一俯仰自动驾驶锁定机构和一侧翻自驾驶锁定机构，当自动驾驶被激活时，俯仰自动驾驶锁定机构增大与控制操纵杆从中间位置绕俯仰轴线的运动相反的阻力；当自动驾驶被激活时，侧翻自动驾驶锁定机构增大与控制操纵杆从中间位置绕侧翻轴线的运动相反的阻力。
23.如权利要求21所述的控制柱，还包括与所选择的俯仰或侧翻中的一个相联的自动驾驶锁定机构，自动驾驶锁定机构提供增大的阻力，必须克服该阻力，才能在激活自动驾驶时沿着所选择的俯仰轴线或侧翻轴线中的一个操纵控制柱。
24.如权利要求21所述的控制柱，还包括与控制操纵杆耦合的用于所选择的俯仰或侧翻中的一个的断开装置，断开装置具有耦合于控制操纵杆的输入部分和可操作地耦合于一互连杆的输出部分，用于将施加于控制操纵杆的输入控制信号传递给单独的控制柱，断开装置具有耦合状态和分离状态，在耦合状态将输入部分固定地耦合到输出部分的耦合状态，在分离状态，输入部分没有固定地耦合到输出部分上，使得控制手柄的运动不会被传递给输出部分，输出部分的运动不会传递给控制手柄。
全文摘要
提供了一种控制输入系统。该系统包括一对控制柱，所述控制柱有选择地互连在一起，使得其中一个控制柱的操纵传送到另一个控制杆。该系统包括用于系统的每个自由度(俯仰和侧翻)的断开配置，所述断开配置可操作地断开所述两个控制柱，使得所述两个控制柱可以独立操作，例如在其中一个控制柱故障的情况下。该系统还可包括用于回复力机构的不连续力轮廓，所述不连续力轮廓向驾驶员提供触觉反馈，模拟飞行器的控制表面提供的阻力。该系统还可包括自动驾驶锁定机构，当进入自动驾驶模式时，所述自动驾驶锁定机构加大由驾驶员承受的力轮廓。
文档编号B64C13/12GK102452478SQ20111032240
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月21日 优先权日2010年10月22日
发明者D·S·斯塔赫尼亚克, J·M·哈奇森, M·A·伯勒斯 申请人:伍德沃德Mpc股份有限公司